橡胶弹热效应的研究现状与展望

王玉梅 杨 萌 刘 斌

(天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室 天津 300134)

制冷技术在我们的生活中起到至关重要的作用，如食品冷冻冷藏、空调、电子设备的冷却等。随着人们对节约能源和保护环境的重视，为满足可持续发展的理念，传统蒸气压缩式制冷面临着严峻挑战。为缓解制冷应用对环境的影响，一方面，制冷剂的替代问题亟待解决[1-3]；另一方面，基于固体材料热效应的新型制冷技术也是一种替代方案。其中，固体材料的热效应主要包括磁热效应(magnetocaloric effect, MCE)、电热效应(electrocaloric effect, ECE)、压热效应(barocaloric effect, BCE)和弹热效应(elastocaloric effect, eCE)。据统计，制冷行业消耗电力占全球总电力的比例已超过15%[4]。近年来，利用磁热和电热效应制冷的固体材料受到人们的重点关注，但磁热效应所需的磁体和MC材料主要基于稀土元素[5-6]，其生产对环境有害[7]。砷基MC材料[8]和铅基EC材料[9-10]具有高热性能，但有毒。有一些具有高热效应的材料对环境友好，但成本较高，如广泛研究的PVDF基聚合物[11-12]，因此基于磁热效应和电热效应的固态制冷技术没有投入实际应用。

弹热制冷是由应力场驱动弹热材料相变产生制冷效应的固态制冷技术[13]。根据美国能源部的报告[14]，弹热制冷技术因其潜在的高效率成为替代蒸气压缩制冷技术中最具潜力的新型制冷技术。目前研究最多的具有弹热效应的材料是形状记忆合金，可实现20 K的绝热温度变化[15]，但超过500 MPa的应力才能实现5%的应变[16]，需要的驱动装置有待开发研究，对于紧凑的制冷装置，形状记忆合金具有显著优势[8-14]。……